SK-2型雙塊式軌枕智能、集成化預制施工技術研究

宋占康

摘要：文章對貴南高鐵河池軌枕場SK-2型雙塊式軌枕智能、集成化預制施工技術進行了詳細闡述，以期SK-2型雙塊式軌枕預制質量、效率起到提高和促進作用。

Abstract： This article elaborates on the intelligent and integrated prefabrication construction technology of SK-2 double-block sleepers in Hechi sleeper yard of Guiyang-Nanning High-speed Railway， in order to improve and promote the quality and efficiency of SK-2 double-block sleeper prefabrication.

關鍵詞：SK-2型雙塊式軌枕;預制;智能化;集成化;生產線建設

Key words： SK-2 double-block sleeper;prefabrication;intelligence;integration;production line construction

中圖分類號：U213.34? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）31-0235-04

0? 引言

河池軌枕場負責預制貴南高鐵DK196+418.95～DK509+539范圍內88.9萬根SK-2型雙塊式軌枕。根據施工期安排，高峰期日供應軌枕1620根。

針對該軌枕的預制技術含量高、質量要求嚴、日供量大等特點，并結合鐵總及業主的“生產專業化、設備控制智能自動化、管理系統信息化”等新時代要求，我單位創新思路，與鐵科院進行強強聯合，充分利用生產智能化、集成化等方向的最新科技。集成了一條國內最先進的雙塊式軌枕自動化、程序化、智能化及信息化生產線。大幅提高了質量及進度，并實現了產品質量的“可追溯”。

1? 智能生產線構成

按二級系統和三層結構進行軌枕生產系統的建設。

“二級系統”分別是生產控制系統、信息管理系統。生產控制系統負責整個生產線的建設、控制運行，包括自動化、智能化進行模具清理、噴涂、螺旋筋安裝、套管安裝、箍筋與桁架筋懸掛入模、砼運輸、砼布料、砼一次、二次振搗、模具入坑、模具出坑、空中翻模、脫模、3D智能檢測及噴碼、軌枕碼垛、AGV叉車運輸;

信息管理系統進行流水線各施工機設備、PLC系統的數據采集。以實現數據的分析查詢、過程追溯、生產過程數據可視化、視頻監控、質量預警、設備運行情況監控及人員監管等信息。

“三層結構”是指由數據獲取層、數據存儲層和數據訪問層構成管理系統的邏輯結構。

通過MES系統集成，串聯整個生產工序，實現信息共享、信息管理、信息統計、信息追溯，實現生產體系的標準化、自動化、標準化。系統集成如圖1所示。

2? 生產控制系統

2.1 生產中控系統

SCADA系統（數據采集與監視控制系統）是以流水線智能化生產為基礎而打造的自動化監控系統，設備數據傳輸至服務器，完成數據處理和運算，并可對現場的開關、閥門進行操作，還能通過Web將數據發布于Internet上進行監控。

該系統具有的功能有：數據采集、數據分析處理、測量、信號報警、參數調節、設備控制等。

2.2 PLC系統

砼攪拌站采用了計算機及PLC控制模式;雙塊式軌枕模具循環過程的控制采用了PLC技術，模具的傳輸輥道由一臺PLC控制，雙塊軌枕的成品輸送由一臺PLC控制;砼的澆筑及振動由一臺PLC控制;雙塊式軌枕的蒸汽養護由一臺PLC控制;雙塊式軌枕的翻轉脫模由一臺PLC控制。

PLC系統用于獲取PLC的運行工位和控制參數，生成中控平臺數據和看板數據。

2.3 全自動智能生產設備構成

雙塊式軌枕生產線設備由全自動桁架筋焊接生產線、全自動數控彎箍機、全自動箍筋焊接機、智能箍筋焊接質量檢測系統、全自動輥道傳送流水線、全自動翻轉設備系統、全自動脫模設備系統、全自動軌枕碼垛設備系統、智能砼布料設備系統、全自動模具自動吊裝碼垛拆垛設備、智能精準打磨設備系統、智能噴涂設備系統、智能套管螺旋筋組裝安裝平臺、智能彈簧套管復檢系統、智能桁架鋼筋箍筋自動組裝安裝設備系統、全自動旋轉壓板拆除設備、智能吹氣一體化設備系統、智能碼放墊木系統、智能蒸養系統、智能AGV運輸車、全自動打磨設備、3D智能檢測及噴碼設備、智能二次養護系統、4×1模具等部分組成。

3? 信息管理系統

3.1 信息管理系統的用途

3.1.1 生產的全過程跟蹤

軌枕生產信息管理系統是對軌枕整個生產過程進行全程跟蹤的信息管理系統，包括原料進廠、庫存管理、實驗數據管理、攪拌站、鋼筋制作、模具清理、噴涂脫模劑、安裝鋼筋桁架、澆筑、蒸養、脫模翻轉、軌枕編號等各個生產過程的管理。實時顯示現場生產進度，每生產一根軌枕，在管理界面上實時顯示。

3.1.2 成品軌枕的可追溯性

建立軌枕生產檔案，可追溯軌枕生產時材料管理、攪拌站、試驗室、鋼筋制作、模具清理、噴涂脫模劑、安裝鋼筋桁架、澆筑、蒸養、脫模翻轉、軌枕編號等相關數據和視頻。

3D檢測及噴碼設備應用激光成像技術和視覺系統對脫模完成的軌枕關鍵幾何尺寸和產品外觀進行檢測和評判，自動生成檢測報告及數據分析，數據編碼與軌枕一一對應，便于信息化數據自動采集，形成軌枕電子檔案。

3.1.3 遠程監控和調度

采集、統計、運算、分析及存儲了整個軌枕預制生產的監控系統信息，使各級管理人員、業主、監理人員均能夠異地實時監控軌枕的生產狀況。且相關方人員可根據分析、統計的數據信息情況，發出對應的指令。

3.2 信息管理系統的組成

信息管理系統包含的各類子系統并統一使用一個后臺進行管理，針對都是B/S結構（Browser/Server，瀏覽器/服務器模式）的子系統采用單點登錄的方式，登錄一次即可根據自己的權限選擇登錄相應的子系統。

應用MES信息管理系統，為軌枕場管理設置包括：計劃/進度模塊、模板管理模塊、鋼筋加工模塊、砼拌和/澆筑模塊、養護脫模模塊、成品檢驗模塊、成品發存模塊、軌枕追溯模塊、不合格管理模塊、生產展示模塊、技術管理、設備管理、安全生產、智能報表、監理監控、統計分析16個管理模塊，從而更加方便、完善的記錄軌枕生產的相關數據及軌枕信息。

3.3 信息管理系統各模塊主要功能

3.3.1 計劃/進度

系統錄入總體生產計劃，分解到月，用于總體生產計劃的數據采集、數據處理。每月的生產管理計劃，為統計信息提供基礎數據。

3.3.2 模具管理

信息管理系統可在《模板日常檢查記錄》中可方便的選擇模板并錄入檢查結果。也可在每塊模板上貼RFID（無線射頻識別）卡以自動讀取模板編號，從而實現模具管理。

3.3.3 鋼筋加工

形成的鋼筋桁架檢查記錄表、箍筋檢查記錄表、鋼筋組裝及預埋件安裝檢查記錄表通過前置信息添加功能完成此單據的錄入。數據超標時，系統自動提醒。

鋼筋原材料追溯單是通過生產批次與物料日計劃的綁定，來自動追溯到各種鋼筋的檢驗信息。

3.3.4 砼拌和/澆注

砼原材料追溯單是通過生產批次與物料日計劃的綁定，來自動追溯到水泥、摻和料、粗骨料、細骨料、減水劑等的檢驗信息。

3.3.5 養護/脫模

通過工控機數據的上傳或數據導入的方式，采集養護數據，并自動生成曲線圖（如圖2所示）。

根據上傳養護曲線數據，采集、計算生成入出池養護記錄報告，提高工作人員效率，便于后續模塊的信息數據采集。

3.3.6 成品檢驗

系統自動帶出模板編號及相關數據，自動錄入大量內容。通過檢測設備自動生成檢查記錄，出現超標數據時，可自動提醒，方便對數據的檢核工作。

3.3.7 成品進發存

軌枕入庫單是針對生產完畢完成且合格的軌枕進行詳細入庫統計。

軌枕發貨單是軌枕發貨統計，通過選擇客戶編號即可自動帶出相關信息，和自動提示庫存量。

3.3.8 軌枕追溯

生產臺賬中詳細記錄了每根軌枕的生產批號，模具號，可查詢該根軌枕的生產記錄，含鋼筋、模具、砼檢驗批及外形檢測結果。

3.3.9 不合格管理

自動錄入不合格產品處理的單據信息，供管理者進行原因分析與措施制定。

3.3.10 生產展示

可通過可視化看板，監控整個流水線的狀態，查看每個工序環節的數據信息，可獲得具體表單明細，提供了信息的深層展示。

3.3.11 技術管理

由二維碼技術交底、設計圖紙、作業指導書、施工組織設計、試驗數據采集子模塊構成。

3.3.12 設備管理

設備管理系統分為Web服務端和APP手機端。Web服務端包括了設備基本信息的維護，可進行設備點檢、巡檢、小修、大修、保障、保養、故障報修、故障維修等運行記錄查詢打印;APP端可進行以上運行記錄的查詢。

3.3.13 安全生產系統

安全生產系統涵蓋了人員門禁系統、安全教育培訓及考試、特種作業人員證件管理、人員管理臺賬、現場安全管理檢查子項目，擁有上述信息的查詢、記錄等功能。

3.3.14 智能報表

①生產看板：原料庫存、軌枕生產完成情況、標段需求以及軌枕堆場庫存查看;②能耗管理：采集智能電表、水表、氣表能耗數據;對能耗數據進行匯總分析，提供管理數據;③軌枕生產、存諸、發運的統計。

3.3.15 監理監控

鐵科釘APP通過網絡接口自動接收施工控制APP實時視頻監控和現場定期巡查抽查予以實現對軌枕場生產質量、安全的控制。

現場監理對收到或發現的現場安全質量問題，及時輸入鐵科釘程序報警模塊，施工單位現場負責人、監理組長分管副總監可即時收到報警提示信息。

3.3.16 統計分析

該功能針對實時數據庫中與位號相關的查詢，獲取位號的屬性、實時值、歷史值、開關量變位和報警信息。能統計變量該時段內的大、小峰值，瀏覽變量超限運行的時間及其數值，并可匯總統計和導出。

3.3.17 智能APP

PDA（手持終端）應用是生產信息化系統的另外一種操作方式，可以在有網絡的任何地方通過PDA快捷方便的實現操作。

4? 智能生產線建設組成部分及功能簡述

中控系統集中管理、集中控制生產線及相應設備。通過該系統把生產設備進行了串聯互通，通過一個操作界面就可以管理這些生產設備。生產控制系統由下述子系統構成。

4.1 箍筋、桁架筋生產線

箍筋、桁架筋全自動數控生產線，集彎曲、切斷、焊接、碼垛于一體。

并且通過鋼筋加工設備的通信接口采集該設備的控制參數和顯示參數集成到中控系統，可在中控系統上做到啟停該設備、獲取設備的運行狀態、消耗物料、生產數據。

實現原理如3所示。

4.2 模具清理

采用自動機械臂清理機（可自動換刷），先自動清刷模具后再用吸塵裝置徹底清除模具內殘渣。該系統集成了自動模具清理系統啟停，運行狀態，以及集成RFID識別（射頻識別）定位獲取模具號，時間等信息。

4.3 自動噴涂

采用具有自動攪拌、脫模劑加熱和保恒溫功能的高效霧化噴頭自動機械臂噴脫模劑機;能自動計量每個型腔脫模劑用量。中控系統集成了自動噴涂系統啟停，運行狀態，以及集成RFID識別（射頻識別）定位獲取模具號，批次號、時間等信息。

4.4 螺旋筋、套管安裝

采用智能高效機械臂系統，通過掃描與技術參數相結合，精準定位模具，機械臂將套管準確安裝定位軸上。該系統具有準確判斷套管安裝精準度的功能，并對沒有安裝到位或沒有緊固的套管做出判斷，便于補救。

4.5 鋼筋自動安裝及懸掛入模

現場制作掛鉤，箍筋和桁架筋自動拆垛，機械手臂進行組裝，機械聯動裝置安裝卡子固定桁架，機械手將桁架組件安裝到模具內。

中控系統集成箍筋與桁架筋懸掛入模系統的啟停，運行狀態，以及集成RFID識別定位獲取模具號，批次號、時間等信息。

4.6 全自動砼布料、振搗系統

攪拌站與送料車聯動而自動放料，送料小車按即定的軌跡運行將料送至布料機，布料機多口同時布料，精確控制砼用量，且具有叫料功能，接料口設置具有感應、接收指令、傳輸信號等功能的自動卷簾門。

在布料振動臺上完成布料同時完成砼的振搗，振搗采用變頻控制技術。

中控系統集砼布料、振振搗系統的啟停，運行狀態，系統通過PLC控制。

4.7 模具自動出入坑

澆筑完成的模具在編組后，由自動天車一次自動抓取兩模，放入程序指定的養護坑內;然后在程序的指定下，將養護好的模具從養護坑內取出，放置在緩存輸送機上。

4.8 全自動溫控養護

坑內設有溫度、濕度傳感器，溫度超出設定值時，坑內冷水霧化噴淋系統啟動，溫度低于設定值，蒸氣控制設備啟動。中控系統可控制養護池的升溫、降溫，同時生成養護明細數據。

4.9 全自動翻模、脫模

自動翻轉機將模具自動翻轉180°后放置在脫模機上氣動脫模。軌枕下方安裝傳感器檢測軌枕脫模情況。且翻模臺將空模具搬運到回流線上，移動小車將軌枕運輸到檢測工位或者線體上。

中控系統收集現場監測數據后再將信號傳遞給相關設備，設備完成規定程序后，再將信息傳送至中控系統。

4.10 3D智能檢測及噴碼

3D智能檢測及噴碼應用激光成像技術和視覺系統對脫模完成的軌枕關鍵幾何尺寸和產品外觀進行檢測和評判，自動生成與軌枕一一對應檢測報告及數據分析。在流水線工位架設自動噴碼設備，噴印批次號以及二維碼。

4.11 智能吹氣蓋蓋

自動蓋蓋系統具有智能識別套管位置的功能，由系統準確判斷套管位置后，用高壓空氣將套管內的雜物吹干凈，然后將塑料蓋蓋到套管上。

4.12軌枕自動碼垛、AGV叉車自動運輸

軌枕自動碼垛機將合格的軌枕按照根數和層數的要求完成自動碼垛，隨后由重載AGV小車組成物流搬運系統，通過程序設定任務和預定路線將軌枕運輸至二次養護棚內。

4.13 智能二次養護

智能二次養護車間使用叉車將碼垛完的軌枕運輸至指定位置進行養護，智能化系統將二次養護區設置成10個分區，分別裝有噴淋系統、溫濕度傳感器，集PLC系統控制電氣與中控系統相對接，現自動控制養護。

4.14 自動識別定位系統

在軌枕的生產工序處安裝RFID識別設備，通過該設備可讀取到該工位上軌枕的模具號、批次號等信息，為中控平臺和看板展示系統提供實時定位數據，起到軌跡跟蹤和數據采集的作用。實現單據的自動化生成，解決人工錄入帶來的成本問題和失誤問題。

5? 結束語

該智能生產線的建立，使SK-2型雙塊式軌枕預制達到了生產專業化、設備控制智能自動化、管理系統信息化等新時代要求，大幅提高施工質量，縮短了工期約23%，降低管理及生產成本約11.6%，具有極高的推廣應用價值。

參考文獻：

[1]郭永毅.SK-2型雙塊式軌枕預制工藝技術的研究[J].佳木斯教育學院學報，2015（10）.

[2]朱鴻飛，張璐，等.雙塊式軌枕生產中常見質量問題及其防治措施[J].河南建材，2017（7）.

[3]周永明.SK-2型雙塊式軌枕自動噴涂脫模劑裝置的設計與應用[J].國防交通工程與技術，2015（2）.